波浪能發(fā)電
關(guān)注創(chuàng)建者：劉堯 創(chuàng)建時(shí)間：2022-01-26
波浪能發(fā)電的實(shí)例教程
摘 要:振蕩水柱（OWC）波浪能轉(zhuǎn)換裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、工作性能可靠和裝置壽命長等優(yōu)點(diǎn),是一種主流的波浪能發(fā)電裝置。通過對OWC技術(shù)的發(fā)展過程進(jìn)行分析總結(jié),全面介紹各類OWC技術(shù)及其發(fā)展趨勢。根據(jù)氣室腔體的工作狀態(tài)不同,將OWC裝置分成固定型OWC和振蕩型OWC,其中固定型可細(xì)分成岸基固定型、近岸固定型和漂浮錨固型。根據(jù)OWC裝置工作原理的不同,分類探討了OWC技術(shù)相關(guān)的研究成果,并總結(jié)了OWC技術(shù)的發(fā)展趨勢。分析了OWC波浪能轉(zhuǎn)換裝置中三種不同空氣透平的優(yōu)缺點(diǎn),并介紹了一種高效可靠的雙單向透平系統(tǒng)。最后提出三種提高OWC發(fā)電效率的建議,并展望了OWC技術(shù)的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞: 波浪能; 振蕩水柱; 空氣透平; 氣室腔體
0 引言
隨著石油危機(jī)的爆發(fā)和化石能源的不斷消耗, 人類對清潔可再生能源的需求迅速增長。地球表面70%以上的面積都是海洋[1], 海洋上的可再生能源種類眾多且儲(chǔ)量巨大, 其開發(fā)利用前景廣闊。
大多數(shù)波浪能發(fā)電裝置可根據(jù)其工作原理不同分成振蕩水柱式（oscillating water column, OWC）、越浪式和振蕩浮子式三種。其中OWC發(fā)展最早也較為成熟, 應(yīng)用也相對廣泛。OWC技術(shù)以空氣為能量轉(zhuǎn)換的媒介, 利用氣室內(nèi)水柱來推動(dòng)空氣往復(fù)流動(dòng), 從而推動(dòng)空氣透平旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。本文介紹OWC波浪能轉(zhuǎn)換裝置的基本原理和目前OWC發(fā)電裝置的分類, 并對OWC發(fā)電裝置中的空氣透平結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行概述, 最后對未來OWC波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行展望。
1 OWC波浪能轉(zhuǎn)換原理及分類
OWC波浪能轉(zhuǎn)換裝置屬于氣動(dòng)式波浪能轉(zhuǎn)換裝置, 其工作原理是海水在氣室里上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)來壓縮和膨脹氣室內(nèi)空氣使其與外部大氣產(chǎn)生壓力差, 從而迫使氣室內(nèi)的氣體通過與外界大氣相接管道流出或流入, 管道中空氣透平被空氣推動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
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近年來，全球能源短缺，人們越發(fā)渴望從大海中汲取能量，波浪能就是其中一種。據(jù)科學(xué)家推算，地球上波浪蘊(yùn)藏的電能高達(dá)90萬億千瓦時(shí)。目前，海上導(dǎo)航浮標(biāo)和燈塔已經(jīng)用上了波浪發(fā)電機(jī)發(fā)出的電來照明。小編在這里給大家分享下澳大利亞波浪能的技術(shù)設(shè)備和項(xiàng)目。
經(jīng)過十多年的試驗(yàn)與示范，澳大利亞的卡內(nèi)基海浪能源公司(Carnegie Wave Energy)目前正在小范圍內(nèi)試行一個(gè)供電項(xiàng)目，即將波浪能轉(zhuǎn)化的電力輸送給西澳洲地區(qū)的電網(wǎng)使用。
“這是將波浪能發(fā)電機(jī)并網(wǎng)連接到澳大利亞甚至全世界電網(wǎng)的第一步”，澳大利亞可再生能源機(jī)構(gòu)首席執(zhí)行官 Ivor Frischknecht 在一份聲明中如此說。該機(jī)構(gòu)為這項(xiàng)總耗資 3200 萬美元的項(xiàng)目提供了 1300 萬美元資金。
這種波浪能技術(shù)能夠把海洋涌動(dòng)的海浪轉(zhuǎn)換為零污染的可再生能源和零污染的淡化水，卡內(nèi)基海浪能源公司以希臘海洋女神的名字將之命名為 CETO。公司表示，這套系統(tǒng)不同于其他波浪能裝置，因?yàn)榘惭b在海底，這樣可以遠(yuǎn)離暴風(fēng)雨帶來的損害，與此同時(shí)從岸上也是看不到的，減少了陸地景觀的破壞，也更加安全。
CETO技術(shù)原理
圓形的浮力促動(dòng)器被安裝在海下 25 至 50 米的深度，同時(shí)被連接到海床上的渦輪泵組。當(dāng)海浪拍擊到浮力促動(dòng)器上時(shí)便啟動(dòng)泵組，泵組將海水增壓并通過管線送到岸上的水力發(fā)電廠，這些被強(qiáng)力增壓的海水再驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。
高壓水還可以用來支撐岸上逆滲透海水淡化廠的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過一系列滲透膜裝置逆滲透技術(shù)從海水中提取出純凈的飲用水。而以往傳統(tǒng)的海水淡化是使用電動(dòng)泵，會(huì)產(chǎn)生溫室氣體。與傳統(tǒng)的海水淡化工廠相比較，該項(xiàng)目有望減少電力消耗高達(dá)90%。
CETO技術(shù)優(yōu)勢
卡內(nèi)基波浪能源公司稱，CETO技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。
簡易性，僅需一個(gè)泵送系統(tǒng)，尺寸大小可控。
展開 海洋波浪能儲(chǔ)量豐富，且?guī)缀醪灰蕾囉诃h(huán)境條件，是一種有望大規(guī)模應(yīng)用的可再生能源。然而由于有效的、經(jīng)濟(jì)的能量采集技術(shù)的缺乏，這種能源很少被開發(fā)使用。目前，大多數(shù)的波浪能發(fā)電裝置都是基于電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)，具有笨重、體積龐大、昂貴、易腐蝕、在海浪頻率下效率低下的缺點(diǎn)。所以，需要尋找一種小型、輕量化、經(jīng)濟(jì)的、一體化的水波能量收集方法。
摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）提供了一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的新途徑，具有收集海洋表面波浪能的巨大潛能。由于與電磁發(fā)電機(jī)在物理機(jī)制上的根本差異，摩擦納米發(fā)電機(jī)有望成為收集低頻機(jī)械能特別是“藍(lán)色能源”的“殺手”應(yīng)用。2014年王中林院士提出“藍(lán)色能源”的思想，將成千上萬的發(fā)電單元連接成TENG網(wǎng)絡(luò)用來收集大范圍的波浪能。之后，內(nèi)嵌金屬球的格子狀結(jié)構(gòu)和球殼結(jié)構(gòu)單元組成的發(fā)電網(wǎng)絡(luò)被研制出來，以及通過彈簧和多層結(jié)構(gòu)的引入，球形發(fā)電單元的性能得到了很大的改進(jìn)。但是，由于大的阻抗和不平衡的負(fù)載匹配，發(fā)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)很難直接驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備或者給儲(chǔ)存設(shè)備充電。所以，為了打破這一瓶頸，有效的能量管理是非常有必要的，這有利于實(shí)現(xiàn)更有效的水波能利用。
【成果簡介】
近日，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所的王中林院士和張弛研究員（共同通訊作者）等人探究了面向海洋能收集的摩擦納米發(fā)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)的能量管理技術(shù)與方法，并在Advanced Functional Materials上發(fā)表了題為“Triboelectric Nanogenerator Networks Integrated with Power Management Module for Water Wave Energy Harvesting”的論文，博士生梁茜、蔣濤副研究員和博士生劉國旭是論文的共同第一作者。
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BioPower Systems是一家總部設(shè)在澳大利亞悉尼的可再生能源技術(shù)公司。旗下產(chǎn)品bioWAVE是為了利用海浪發(fā)電而設(shè)計(jì)開發(fā)的。其生物仿生學(xué)的表面設(shè)計(jì)結(jié)合了高轉(zhuǎn)換效率和避免過度波的能力，使其以有競爭力的價(jià)格發(fā)電供應(yīng)。
bioWAVE設(shè)計(jì)在海洋波內(nèi)進(jìn)行運(yùn)作，吸收波浪表面及以下的能量。它是一個(gè)橫跨整個(gè)深度的海底俯仰裝置。現(xiàn)在bioWAVE模型開發(fā)將在30米的深度進(jìn)行，然而1兆瓦的商業(yè)模式計(jì)劃將在40-45米的深度運(yùn)行。
bioWAVE的能量獲取和轉(zhuǎn)換過程已經(jīng)通過科學(xué)研究的論證，在模型比例上進(jìn)行設(shè)備測試，測量結(jié)果出自發(fā)電設(shè)備O-Drive測試模塊。一個(gè)依附于海洋的250千瓦bioWAVE示范項(xiàng)目目前進(jìn)一步發(fā)展成與電站連接的1兆瓦的示范項(xiàng)目。
bioWAVE技術(shù)原理
bioWAVETM是安裝在海底,樞軸在底部附近。依靠浮體矩陣排列與海面上升和下降(勢能)和海平面下水的前后運(yùn)動(dòng)(動(dòng)能)擺動(dòng)。樞軸結(jié)構(gòu)隨著海浪來回?fù)u擺，這種運(yùn)動(dòng)通過機(jī)載獨(dú)立的能量轉(zhuǎn)換模塊O-Drive將能量轉(zhuǎn)化為電能。O-Drive包含一個(gè)液壓系統(tǒng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力，用于發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。然后能量由水下電纜送到岸上。從而海洋帶來了高效的清潔能源。
bioWAVE技術(shù)優(yōu)勢
括大效率：專利設(shè)計(jì)特點(diǎn)使其實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能
低成本的安裝：模塊部署和回收使用標(biāo)準(zhǔn)的容器
獨(dú)特的生存能力：為了避免暴露于極端波條件而設(shè)計(jì)
方便的服務(wù)：可拆式動(dòng)力輸出裝置，模塊簡化運(yùn)營管
減小影響：維持海洋環(huán)境的和諧
bioWAVE項(xiàng)目
仙女港,維多利亞,澳大利亞
bioWAVE試點(diǎn)示范項(xiàng)目在發(fā)展沿澳大利亞仙女港口附近。
展開 它是指海洋微生物、動(dòng)物和植物在船體等設(shè)備表面吸附、生長和繁殖所形成的生物垢，不僅會(huì)增大船舶航行阻力，增加其能耗和二氧化碳排放；還會(huì)堵塞核電站、熱電站的冷卻水管路，降低其冷熱交換效率，阻礙波浪能發(fā)電、潮汐發(fā)電等裝備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；此外，它還會(huì)堵塞海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱的網(wǎng)孔，導(dǎo)致大面積魚蝦死亡，降低海洋養(yǎng)殖產(chǎn)能等。
隨著我國海洋事業(yè)的不斷推進(jìn)，不止是航母，各類深海裝備、遠(yuǎn)洋船舶、海上風(fēng)電等，都要面臨著海洋防污的問題。
2003年，項(xiàng)目第一完成人張廣照教授把目光投向海洋防污研究。隨后在兩個(gè)國家重大科學(xué)研究計(jì)劃的支持下，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)踏上“動(dòng)態(tài)表面海洋防污材料及配套防護(hù)技術(shù)”的課題攻關(guān)之路。
張廣照
直至2012年，項(xiàng)目組在技術(shù)攻關(guān)上才開始取得突破性的進(jìn)展。2013年至2016年之間，相關(guān)技術(shù)理論及成果開始正式形成，并且邁入了實(shí)用及成果轉(zhuǎn)化的階段。
回顧這段歷程，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人張廣照說，相比起海洋防腐技術(shù)，海洋防污技術(shù)的研發(fā)周期非常漫長。海洋防腐所面對的是海水或大氣等腐蝕環(huán)境，可以在實(shí)驗(yàn)室中對相關(guān)材料進(jìn)行模擬測試，而海洋防污材料的測試，必須“實(shí)船實(shí)驗(yàn)”，成本、人力投入都極其巨大。
課題難度：要應(yīng)對極其復(fù)雜的海洋環(huán)境
被稱為材料界的“桂冠”級難題，要研發(fā)海洋防污材料的技術(shù)難度究竟有多大？
此前，我國造船行業(yè)所使用的均為國外的技術(shù)產(chǎn)品，國內(nèi)95%的市場均為國外所占據(jù)。
項(xiàng)目主要完成人，華南理工大學(xué)教授馬春風(fēng)介紹說，海洋防污技術(shù)首先所面臨的是極其復(fù)雜的海洋環(huán)境，不同的海域有著不同的溫度、鹽度以及海洋生物種類，適用于某些海域的涂料，并不能保證適用于其他海域。
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波浪能發(fā)電的最新內(nèi)容
波浪能作為可再生能源的一種, 應(yīng)用前景十分廣闊, 波浪能發(fā)電技術(shù)也將隨著科技的進(jìn)步得到更加成熟的開發(fā)和利用。
目前已經(jīng)投入發(fā)電應(yīng)用的OWC發(fā)電裝置, 很好地證明了OWC波浪能發(fā)電的可行性和商業(yè)性, 但仍存在發(fā)電成本過高的難題。因此提高波浪能發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率以及降低制造、安裝和運(yùn)行成本是未來研究和發(fā)展的方向。
太陽能電池板是以太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片，只要滿足一定的光照即可將光能轉(zhuǎn)化為熱能。近日，斯坦福大學(xué)科學(xué)家們研發(fā)出一種新技術(shù)，該技術(shù)可使太陽能電池板在黑夜中產(chǎn)生電能。
根據(jù)發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》上的論文介紹，它就像一個(gè)經(jīng)典的太陽能電池板，在白天將陽光轉(zhuǎn)化為電能。到了晚上，嵌入式熱電發(fā)電機(jī) （TEG） 則會(huì)“從光伏電池與周圍環(huán)境之間的溫差中獲取電能” 。
它是指海洋微生物、動(dòng)物和植物在船體等設(shè)備表面吸附、生長和繁殖所形成的生物垢，不僅會(huì)增大船舶航行阻力，增加其能耗和二氧化碳排放；還會(huì)堵塞核電站、熱電站的冷卻水管路，降低其冷熱交換效率，阻礙波浪能發(fā)電、潮汐發(fā)電等裝備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；此外，它還會(huì)堵塞海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱的網(wǎng)孔，導(dǎo)致大面積魚蝦死亡，降低海洋養(yǎng)殖產(chǎn)能等。
【摘要】
新興的由兩種不同多孔膜組成的不對稱離子膜在收集清潔和可再生滲透能方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。限制其應(yīng)用的主要障礙是界面不兼容和界面離子傳輸效率低，不利于長期穩(wěn)定性和功率密度的提高。
最近，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷院士，青島大學(xué)隨欣教授/范汶鑫副教授/隋坤艷教授科研大團(tuán)隊(duì)，共同通過超快反應(yīng)擴(kuò)散法制備的連續(xù)梯度全多糖聚電解質(zhì)水凝膠膜已被證明能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的滲透能轉(zhuǎn)換
目前，可穿戴電子設(shè)備在生物醫(yī)學(xué)和智能電子等領(lǐng)域引起越來越多的關(guān)注。與此同時(shí)，對用戶舒適度和電池續(xù)航能力的需求促進(jìn)了柔性換能器的研究。傳統(tǒng)的壓電陶瓷，如鋯鈦酸鉛 (PZT)，具有很高的壓電輸出，但是高剛度和脆性極大地限制了其在生物能量收集中的應(yīng)用。另一方面，PVDF等壓電聚合物雖然彈性模量較低，但壓電性較弱。因此，發(fā)展柔性壓電材料的一種有效途徑是制備可以將二者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合的柔性壓電復(fù)合材料。 然而，目前
一直以來，我們都不是一個(gè)水力資源豐沛的國家，但無論在城市還是鄉(xiāng)村，兩三米寬的河流卻也比比皆是。
這些河流幾乎都沒有被利用，其實(shí)近些年，為這些河流研發(fā)的水力發(fā)電機(jī)越來越多。因?yàn)樗鼈兊某杀镜停惭b簡單，而且不用攔河筑壩，不會(huì)對環(huán)境造成不可逆的影響。
我們今天說的這款雙滾輪水力發(fā)電機(jī)就是一款專門為了這些小河流打造的半潛式發(fā)電機(jī)
兩種材料之間存在動(dòng)態(tài)接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，基于該種動(dòng)態(tài)接觸的摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）可以收集環(huán)境中的機(jī)械能。TENG器件已經(jīng)被廣泛研究并被用于為無線探測器、可穿戴電子電路以及充電儲(chǔ)能器件提供電能。然而，傳統(tǒng)TENG器件大多輸出交流電流，且電流較小，需要額外整流設(shè)備才能轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)。這使得具有高電流輸出特性的直流摩擦納米發(fā)電機(jī)
新能源一般是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開發(fā)利用的可再生能源
包括太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒉ɡ四堋⒀罅髂芎统毕艿? 最近幾年新能源發(fā)電發(fā)展迅速
生活中常見的就是太陽能和風(fēng)力
在現(xiàn)在這個(gè)信息時(shí)代
手機(jī)時(shí)刻需要電量
沒電了需要充電寶
目前，大多數(shù)的波浪能發(fā)電裝置都是基于電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)，具有笨重、體積龐大、昂貴、易腐蝕、在海浪頻率下效率低下的缺點(diǎn)。所以，需要尋找一種小型、輕量化、經(jīng)濟(jì)的、一體化的水波能量收集方法。
摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）提供了一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的新途徑，具有收集海洋表面波浪能的巨大潛能。由于與電磁發(fā)電機(jī)在物理機(jī)制上的根本差異，摩擦納米發(fā)電機(jī)有望成為收集低頻機(jī)械能特別是“藍(lán)色能源”的“殺手”應(yīng)用。
文/操秀英
1月3日的朋友圈被首張?jiān)卤硤D刷屏。當(dāng)日10時(shí)26分, 嫦娥四號(hào)探測器成功著陸在月球背面預(yù)選著陸區(qū)，并通過“鵲橋”月球中繼星傳回世界上第一張近距離拍攝的月背影像圖。
眾所周知，人類探月的征途早就起步且越來越快。那么，月球上到底有什么寶貝讓人如此著迷？
“坐月觀天”及“看地”都是極好的
在中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員鄭永春看來，月球這地方之所以如此受青睞，主要是因?yàn)榈囟魏?/div>
